試論內(nèi)反饋高頻斬波調(diào)速裝置在水廠輸水泵一托二使用

胡建良　張?jiān)撇∩虻慢?/p>

摘要：文章講述了內(nèi)反饋高頻斬波調(diào)速原理、性能特點(diǎn)、運(yùn)行情況，對(duì)水廠循環(huán)水泵使用內(nèi)反饋斬波調(diào)速裝置一托二運(yùn)行方式在現(xiàn)實(shí)中的使用情況與實(shí)際節(jié)電效果進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：水電阻軟啟動(dòng)；內(nèi)反饋斬波；一托二運(yùn)行方式；節(jié)能

中圖分類號(hào)：TP271 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）09-0057-03

杭州余杭水務(wù)有限公司是集供排水、營業(yè)銷售、管線安裝于一體的綜合性中型供水企業(yè)，承擔(dān)著為杭州市余杭區(qū)875平方公里范圍的供水重任，目前公司供水區(qū)域內(nèi)總供水規(guī)模為85萬立方米/日，作為余杭水務(wù)有限公司下屬運(yùn)河分公司，供水制水能力到現(xiàn)在的12萬噸/日，供水范圍為臨平城區(qū)、運(yùn)河街道、余杭經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，為了適應(yīng)現(xiàn)代化水司的建設(shè)，公司把確保安全供水和提高產(chǎn)品質(zhì)量、對(duì)外服務(wù)質(zhì)量作為中心工作來抓，確立了“科學(xué)管理，確保優(yōu)質(zhì)供水，誠信服務(wù)，力求顧客滿意”的服務(wù)質(zhì)量目標(biāo)。

1 內(nèi)反饋斬波調(diào)速裝置介紹

現(xiàn)在主要采用的是SSC-F5000系列高壓內(nèi)饋式高頻斬波調(diào)速裝置與相應(yīng)的YRCT系列高壓內(nèi)反饋調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)配套組成調(diào)速系統(tǒng)，這種系統(tǒng)對(duì)拖動(dòng)水泵、風(fēng)機(jī)類負(fù)載使用具有良好的效果，能夠?qū)崿F(xiàn)平滑無級(jí)調(diào)速，是一種高效節(jié)能產(chǎn)品，對(duì)于不同的情況，能夠使節(jié)電率達(dá)到20%～50%。

該系統(tǒng)將電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓經(jīng)整流變?yōu)橹绷麟妷海?dāng)斬波器導(dǎo)通時(shí)轉(zhuǎn)子電流被斬波器短路，形成軸功率；當(dāng)斬波器開路時(shí)，轉(zhuǎn)子直流電流經(jīng)有源逆變器反饋到電機(jī)反饋繞組，形成轉(zhuǎn)差功率，通過改變斬波器的占空比，從而調(diào)節(jié)軸功率和轉(zhuǎn)差功率的比例，即能改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。

內(nèi)反饋電機(jī)是在原繞線式電機(jī)的定子上增加了一個(gè)反饋繞組，從而去掉了龐大的反饋?zhàn)儔浩?，提高了系統(tǒng)效率，它具有高效、良好的調(diào)速性能，與普通的繞線機(jī)具有互換性。

2 內(nèi)反饋斬波調(diào)速裝置工作原理

2.1 基本工作原理

高頻斬波部分是一個(gè)BOOST升壓電路，在斬波電路穩(wěn)定工作時(shí)，對(duì)于某一個(gè)占空比D，輸入電壓Ui與輸出電壓UC之間，有方程式：

Ui=UC（1-D） （1）

轉(zhuǎn)子電勢(shì)為SE20，在轉(zhuǎn)子整流電路電壓平衡時(shí)，忽略二極管壓降，暫不考慮整流電路的換相重疊壓降，有方程式：

KuvSE20=Ui+IdR （2）

式中：

Kuv——轉(zhuǎn)子電路整流系數(shù)

S——轉(zhuǎn)差率

E20——轉(zhuǎn)子電路開路電壓

Id——整流電流

R——等效的轉(zhuǎn)子整流電路及斬波電路總電阻

2.2 內(nèi)饋式高頻斬波調(diào)速裝置

在內(nèi)反饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中，通過斬波器高頻PWM調(diào)制調(diào)節(jié)大功率電子開關(guān)的開通和關(guān)斷時(shí)間的比率，改變串入轉(zhuǎn)子回路的等效電勢(shì)的大小，從而改變轉(zhuǎn)子電流來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，并通過變流器和反饋繞組將轉(zhuǎn)差功率回饋到電網(wǎng)，達(dá)到高效調(diào)速節(jié)能的目的。

2.3 調(diào)速節(jié)能的方法

通過內(nèi)反饋高頻斬波調(diào)速裝置將電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)下來，完全打開閥門，不使多余的能量無謂地消耗在閥門上（原技術(shù)是在電機(jī)工頻運(yùn)行狀態(tài)下通過調(diào)節(jié)閥門或擋板來粗略地滿足工業(yè)要求，浪費(fèi)大量的電能），在滿足工藝的前提下，將電機(jī)的實(shí)際使用功率降到最小，從而實(shí)現(xiàn)了調(diào)速節(jié)能的目的。內(nèi)反饋高頻斬波調(diào)速是所有調(diào)速中效率最高的一種調(diào)速方案。

3 內(nèi)反饋斬波調(diào)速裝置的組成與操作

內(nèi)饋電機(jī)高頻斬波調(diào)速系統(tǒng)由線繞式內(nèi)饋調(diào)速電機(jī)及調(diào)速裝置組成。

（1）內(nèi)饋調(diào)速電機(jī)與普通線繞電機(jī)相比，除有定子繞組及轉(zhuǎn)子繞組外，在定子槽內(nèi)，增添了一個(gè)反饋繞組，取代串級(jí)調(diào)速裝置中的外饋?zhàn)儔浩鳌?/p>

（2）內(nèi)饋電機(jī)高頻斬波調(diào)速裝置由水電阻軟啟動(dòng)裝置、轉(zhuǎn)子整流器、高頻斬波器、晶閘管相控逆變器及DSP控制器組成。

軟啟動(dòng)單元由水電阻軟啟動(dòng)器（ZYQ）、接觸器KM1（KM3）、接觸器KM2（KM6）構(gòu)成。水電阻軟啟動(dòng)器的一般啟動(dòng)電流控制為額定電流的1.1～1.3倍。

調(diào)速裝置大量采用最新及成熟的技術(shù)、科研成果及新器件、新材料如大屏幕彩色液晶觸摸屏，全中文操作界面；內(nèi)置高速西門子PLC實(shí)現(xiàn)邏輯控制；DSP數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)現(xiàn)了斬波器電流閉環(huán)和速度閉環(huán)控制；系統(tǒng)具有RS485和RS232通訊接口，可以方便地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)/近程計(jì)算機(jī)控制，同時(shí)可以方便地實(shí)現(xiàn)與用戶端DCS的遠(yuǎn)方操作。

調(diào)速裝置可以實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)電機(jī)的不同運(yùn)行狀態(tài)，主要實(shí)現(xiàn)以下運(yùn)行狀態(tài)：

（1）當(dāng)負(fù)荷輕時(shí)，可以根據(jù)需要對(duì)單臺(tái)電機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)，并調(diào)進(jìn)入調(diào)速運(yùn)行。

（2）當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，如果一臺(tái)電機(jī)不能滿足生產(chǎn)要求，此時(shí)就可以將調(diào)速的設(shè)備轉(zhuǎn)到全速，然后通過人機(jī)界面切換到另一臺(tái)電機(jī)上，啟動(dòng)電機(jī)，然后再根據(jù)需要對(duì)其中的設(shè)備進(jìn)行調(diào)速來滿足恒定的水壓，從而達(dá)到生產(chǎn)要求。

電機(jī)的切換過程與轉(zhuǎn)換狀態(tài)，可以看到設(shè)備的狀態(tài)切換主要由接觸器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6、KM7、KM8來完成。

現(xiàn)在我們將兩臺(tái)電機(jī)分別定義為：M1和M2。啟動(dòng)電機(jī)操作如下：

（1）首先通過K1、K2轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行啟動(dòng)電機(jī)的選擇，例如：當(dāng)啟動(dòng)M1時(shí)，就將轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)到K1位置，此時(shí)接觸器KM1將會(huì)吸合，做好啟動(dòng)備好狀態(tài)，其他接觸器全部處于斷開狀態(tài)（M2電機(jī)的接觸器全部處于斷開狀態(tài)），將啟動(dòng)到全速時(shí)，接觸器KM2、KM4將會(huì)吸合，此時(shí)一臺(tái)設(shè)備就可以滿足生產(chǎn)要求，將M1進(jìn)行調(diào)速運(yùn)行，在轉(zhuǎn)到調(diào)速狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，KM1和KM2將全斷開，KM3和KM4將會(huì)吸合，設(shè)備此時(shí)就可以調(diào)整轉(zhuǎn)速來滿足恒壓供水。

（2）如果一臺(tái)設(shè)備不夠，還要啟動(dòng)另一臺(tái)電機(jī)，此時(shí)要將M1電機(jī)轉(zhuǎn)到全速狀態(tài)，然后將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋到K2位置，這時(shí)M1電機(jī)的接觸器只有KM2處于吸合狀態(tài)，KM1、KM3和KM4全部處于斷開狀態(tài)，M2的接觸器KM5處于吸合狀態(tài)，KM6、KM7和KM8處于斷開狀態(tài)，做好M2電機(jī)的啟動(dòng)備好狀態(tài)，當(dāng)M2啟動(dòng)到全速時(shí)KM6和KM8吸合，KM5和KM7處于斷開狀態(tài)，此時(shí)M2電機(jī)就可以轉(zhuǎn)換到調(diào)速狀態(tài)，如果需要將M1電機(jī)轉(zhuǎn)調(diào)速，將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋到K1即可。K1、K2即為所控電機(jī)的轉(zhuǎn)換開關(guān)。

（3）當(dāng)需要停機(jī)時(shí)，DCS發(fā)出分閘信號(hào)，此時(shí)K1和K2的轉(zhuǎn)換開關(guān)在哪個(gè)位置就將會(huì)停哪臺(tái)電機(jī)。

（4）通過這樣的方式，可以進(jìn)行兩臺(tái)電機(jī)的切換來滿足生產(chǎn)要求，這樣兩臺(tái)高壓電機(jī)就可以單獨(dú)或并聯(lián)運(yùn)行來實(shí)現(xiàn)恒壓供水的調(diào)節(jié)。

內(nèi)反饋高頻斬波調(diào)速裝置采用先進(jìn)的數(shù)字控制，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)控制。

4 顯著特點(diǎn)

該產(chǎn)品具有電網(wǎng)快切功能、高壓停電保護(hù)功能、不停電機(jī)檢修裝置功能等，功能齊全。

4.1 電網(wǎng)的快切功能

“科祺”產(chǎn)品在快切時(shí)，電機(jī)維持調(diào)速狀態(tài)，不轉(zhuǎn)全速，提高了系統(tǒng)的可靠性。內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速裝置和內(nèi)反饋可控硅斬波（SCR）調(diào)速無此功能，快切時(shí)須轉(zhuǎn)全速，同時(shí)要燒熔斷器和可控硅。

4.2 高壓停電保護(hù)

“科祺”產(chǎn)品在停電時(shí)，能平穩(wěn)停車，提高了設(shè)備的可靠性。內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速裝置和內(nèi)反饋可控硅斬波（SCR）調(diào)速無此功能，高壓停電時(shí)，要燒熔斷器和可

控硅。

4.3 節(jié)電率高

在綜合節(jié)電率方面，內(nèi)反饋斬波調(diào)速比高壓變頻器多節(jié)電3%～7%。一般節(jié)電率達(dá)到20%～50%。節(jié)電回收期短，一般在一年左右。

5 日常維護(hù)工作

為了更全面地保護(hù)設(shè)備，讓一些基本故障能夠在設(shè)備上得以顯示，所以對(duì)于人機(jī)界面的設(shè)計(jì)必須格外注意，一個(gè)合理的設(shè)計(jì)能夠使日常維護(hù)工作比較簡單。再就是對(duì)人機(jī)接口的電流、電壓值要做到24小時(shí)監(jiān)控，如果有任何報(bào)警，一定要引起高度重視。

參考文獻(xiàn)

[1]陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)

出版社，1997.

[2]高頻斬波調(diào)速裝置技術(shù)文件[S].上?？旗髡{(diào)速電氣有限

公司，2005.

[3]許振帽.變頻調(diào)速裝置及其調(diào)試、運(yùn)行與維修[M].北

京：兵器工業(yè)出版社.

[4]菲茨杰拉德.電機(jī)學(xué)（第六版）[M].北京：電子工業(yè)

出版社.

（責(zé)任編輯：周 瓊）